Ćelijsko disanje
Ćelijsko disanje (engl. cellular respiration) je proces u kojem se hemijske veze iz molekula bogatih energijom, kao što je glukoza, pretvaraju u energiju za životne procese.[1] Oksidacija organskih molekula - na primer u logorskoj vatri - je egzotermna reakcija koja brzo proizvodi velike količine energije. Jednačina oksidacije glukoze je:
- C6H12O6 + 6O2 → 6CO2 + 6H2O + Proizvedena energija (2830 kJ)
U vatri se nekontrolisano oslobađa ogromna energija u obliku svetlosti i toplote. Ćelijsko disanje je isti proces, koji se odvija postepeno, u nekoliko koraka, a čiji je rezultat pretvaranje energije uskladištene u molekulima glukoze u upotrebljivu hemijsku energiju u obliku ATP-a.
Da bi aerobna respiracija bila moguća neophodno je prisustvo kiseonika. Ovo je jedan od procesa koji se često upotrebljava i pri kom se razlaže pirivat putem glikolize i u kom pirivat ulazi u mitohondrije kako bi bio potpuno oksidovan putem Krebsovog ciklusa. Produkt ovog procesa je energija u obliku ATP-a, putem focforilacije NADH i FADH2. Reduktivni potencijal NADH i FADH2 se pretvrara u dodatni broj molekula ATP-a (imatu na umu da je cilj ćelije da stvori što više molekula ATP-a koji predstavljaju energiju) putem transportnog lanca elektrona u kojem je kiseonik krajnji primalac (akceptor) elektrona. Većina molekula ATP-a stvorenih u celularnoj respiraciji su rezultat oksidativne forsforilacije, gde su ATP molekuli napravljeni zahvaljujući hemiosmotičnom potencijalu kojim upravlja katalizator. U idealnim uslovima, razlaganjem jednog molekula glukoze do krajnjih proizvoda (ugljen-dioksida i vode) stvara se 38 molekula ATP-a u celularnoj respiraciji. Međutim, obično ne dođe do 38 molekula ATP jer se neki od molekula energije utroše na procese kao što je transport pirogrožđane kiseline u mitohondrije. Kod eukariota celularna respiracija se odvija u mitohondrijama a kod prokariota u ćelijskoj membrani.
Aerobni metabolizam je efikasniji od anaerobnog metabolizma. Počinje sa Glikolizom anaerobnog metabolizma i nastavlja sa Krebsovim ciklusom i oksidativnom fosforilacijom.
Glikoliza je metabolički proces koji je prisutan u svim živim organizmima i pri kom nije potrebno prisustvo kiseonika. Procesom se na jedan molekul glukoze dobijaju dva molekula pirogrožđane kiseline, i pritom stvara energiju u obliku dva molekula ATP-a.
Na jedan molekul glukoze proizvedu se četiri molekula ATP-a, ali dva se utroše pri pripremi ćelije za ulazak u glikolizu. Početna fosforilacija glukoze je neophodna kako bi se destibilizirao molekul i od šestočlanog šećera nastala dve trioze, odnosno dva šećera od po tri ugljenikova atoma. Tokom poslednjih koraka glikoze četiri fosfatne grupe se prebace na ADP fosforilacijom, kako bi se stvorila četiri molekula ATP i dva molekula NADH se stvore putem oksidacije. Glikoliza se odvija u citoplazmi ćelije.
Jednačina za ovaj proces sledi:
- Glukoza + 2 ATP + 2 NAD+ + 2 Pi + 4 ADP → 2 Pirivat + 2 ADP + 2 NADH + 4 ATP + 2 H2O + 4 H+
Oksidativna dekarboksilacija je proces stvaranja pirogrožđane kieline iz acetil koenzima A, skrećeno acetil-CoA. Ova oksidativna reakcija takođe za produkt ima ugljen dioksid.
Glavni članak: Krebsov ciklus
Krebsov ciklus je takođe poznat i kao ciklus limunske kiseline. Kada je kiseonik prisutan, acetil-CoA ulazi u Krebsov ciklus u kom se oksidiše do ugljen dioksida, dok se u isto vreme redukuje nikotinamid adenin dinukleotid, odnosno NAD, u NADH, gde je H jedan atom vodonika. NADH dalje ulazi u transportni lanac elektrona gde se stvaraju molekuli ATP-a, delom putem oksidativne fosforilacije.
Kada su uslovi aerobni, piruvat koji je nastao u procesu glikolize se dekarboksiluje i nastaje acetil. On se spaja sa koenzimom A (CoA) i nastaje acetat-CoA. On se spaja sa oksalosirćcetnom kiselinom i formira limunsku kiselinu. Ona se dekarboksiluje do α-ketoglutarne kiseline. Ponovo se vrši dekarboksilacija i nastaje ćilibarna kiselina. Nakon toga više se ne vrši dekarboksilacija. Ćilibarna kiselina se dalje pretvara u fumarnu kiselinu, ona u jabučnu kiselinu, koja prelazi u oksalosirćetnu kiselinu. Tako nastaje početno jedinjenje i Krebsov ciklus se može ponoviti.
Kada kiseonik nije prisutan, pirogrožđanu kiselinu je nemoguće metabolizirati celularnom respiracijom, već u tom slučaju metabolizam se odvija putem fermentacije.
- ↑ Bruce Alberts, Alexander Johnson, Julian Lewis, Martin Raff, Keith Roberts, Peter Walter (2002). Molecular Biology of the Cell. New York: Garlard Science. ISBN 0-8153-3218-1.
